Simulations des grandes échelles et modélisations hybrides RANSE/LES pour le calcul d'écoulements turbulents de grande complexité
Simulations des grandes échelles et modélisations hybrides RANSE/LES pour le calcul d'écoulements turbulents de grande complexité

Author: Chikhaoui Oussama

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Published: 2007

Total Pages: 272

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Au cours de ce travail de thèse, on s’intéresse aux simulations des grandes échelles et aux modèlisations hybrides RANSE/LES. Les capacités du solveur ISIS-CFD initialement conçu pour la résolution des équations Navier-Stokes en moyenne de Reynolds, ont été étendues à ces différentes méthodes en intégrant différents modèles de turbulence de façon à envisager un code de calcul complet capable de traiter une large gamme de problèmes complexes de nature académique ou industrielle. Les modèles et les méthodes numériques choisis et implémentés ont été justifiés et validés sur plusieurs cas test académiques et ont fait l’objet de comparaisons concluantes avec d’autres codes de calcul dans les contextes LES et hybrides. Les méthodes hybrides étudiées ont montré une bonne capacité à retrouver les solutions escomptées tout en permettant une grande économie en résolution de maillage. Un critère basé sur l’évaluation du résidu du budget de quantité de mouvement de l’écoulement moyen a également été proposé comme indicateur des erreurs numériques commises dans les simulations LES et hybrides. Finalement, des simulations d’écoulements turbulents complexes utilisant des modélisations hybrides ont été entreprises. L’utilisation des modélisations hybrides pour le calcul de l’écoulement autour d’un modèle simplifié de voiture en dérapage (corps de Willy) permet de reproduire, avec fidélité et à moindre coût, les observations expérimentales d’un écoulement turbulent de grande complexité.

APPLICATION DES TECHNIQUES DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES A UN ECOULEMENT EN GEOMETRIE COMPLEXE
APPLICATION DES TECHNIQUES DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES A UN ECOULEMENT EN GEOMETRIE COMPLEXE

Author: PHILIPPE.. MOINAT

Publisher:

Published: 1994

Total Pages: 125

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LA TECHNIQUE DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES EST APPLIQUEE A L'ETUDE D'ECOULEMENTS TURBULENTS EN AVAL D'UNE MARCHE EN DERAPAGE. CETTE CONFIGURATION FORTEMENT TRIDIMENSIONNELLE EST UN CAS TEST REPRESENTATIF DES GEOMETRIES COMPLEXES DE TYPE INDUSTRIEL. POUR MODELISER LES PETITES ECHELLES DE LA TURBULENCE, ON UTILISE DIFFERENTES VERSIONS DU MODELE SOUS-MAILLE DE LA FONCTION DE STRUCTURE. A HAUT NOMBRE DE REYNOLDS (60000), ON TROUVE QU'UN TOURBILLON HELICOIDAL EST FORME PAR ENROULEMENT DES COUCHES CISAILLEES QUI DECOLLENT DE LA MARCHE. L'ECOULEMENT EST QUASI-STATIONNAIRE A GRANDE ECHELLE MAIS ON MONTRE LE PROCESSUS DE DESTABILISATION DU TOURBILLON QUI CONDUIT A UNE TURBULENCE A PETITE ECHELLE. A BAS NOMBRE DE REYNOLDS (1400) CE SONT DEUX TOURBILLONS QUASI-STATIONNAIRES QUI SONT ATTACHES A L'ARETE DE LA MARCHE. LES SIMULATIONS SONT VALIDEES PAR DES COMPARAISONS QUALITATIVES ET QUANTITATIVES AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX. LES NOMBREUSES VISUALISATIONS DES SIMULATIONS OFFRENT EN OUTRE UNE COMPREHENSION APPROFONDIE DE L'ECOULEMENT. CETTE ETUDE D'APPLICATION CONTRIBUE AU DEVELOPPEMENT DES TECHNIQUES DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES, LA FINALITE ETANT LA MISE AU POINT D'UN OUTIL PERFORMANT POUR LE CALCUL DES ECOULEMENTS INDUSTRIELS

Modélisation hybride RANS/LES temporelle des écoulements turbulents
Modélisation hybride RANS/LES temporelle des écoulements turbulents

Author: Christophe Friess

Publisher:

Published: 2010

Total Pages: 134

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En situation industrielle, le calcul des caractéristiques instationnaires et tridimensionnelles d'écoulements complexes, est souvent nécessaire. La simulation des grandes échelles requiert un coût de calcul prohibitif surtout près de parois. L'un des objectifs des méthodes hybrides est d'optimiser le coût de calcul, en simulant certaines zones d'un écoulement en mode RANS et d'autres en mode LES. Cette dernière s'articule en général autour du filtrage spatial, alors que dans la plupart des écoulements, l'opérateur RANS correspond à une moyenne temporelle. L'approche PITM (Partially Integrated Transport Model ), conçue en turbulence homogène, est une méthode hybride justifiée théoriquement. Sa transposition au contexte temporel (turbulence stationnaire) a déjà été explorée précédemment, montrant que, sous certaines hypothèses, les versions spatiale et temporelle sont formellement identiques. La méthode PITM présente toutefois une certaine difficulté à piloter le niveau de résolution. La présente thèse propose une approche dynamique pour corriger ce point. Dans un second temps, la version temporelle du PITM, le T-PITM, est comparée à a DES (Detached Eddy Simulation), une méthode hybride populaire, mais empirique. Il est montre que les deux méthodes produisent des résultats similaires, conférant une justification théorique par procuration, à la DES. Le modèle RANS sous-jacent est la pondération elliptique, permettant la prise en compte des effets induits par une paroi, sans utiliser de fonctions d'amortissement ni de lois de paroi.

Simulations des grandes échelles de haute précision d'écoulements turbulents autour de géométries complexes
Simulations des grandes échelles de haute précision d'écoulements turbulents autour de géométries complexes

Author: Matthieu Minguez

Publisher:

Published: 2013

Total Pages: 0

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On s'intéresse à la modélisation numérique par méthode spectrale tridimensionnelle d'écoulements à haut nombre de Reynolds autour de géométries complexes. Une approche de type Simulation des Grandes Echelles est rendue possible par l'utilisation d'une technique de Viscosité Spectrale Evanescente (SVV) permettant de prendre en compte les transferts d'énergie vers les échelles non résolues tout en préservant la précision spectrale de l'approximation. Une correction de proche paroi du modèle SVV (SVV-NW) a été développée permettant une meilleure prise en compte des phénomènes énergétiques complexes siégeant dans les couches limites. Ce traitement local est tout d'abord validé sur l'écoulement autour du cylindre à section carrée à Reynolds 21400, très bien documenté. Finalement, la méthodologie SVV-LES est appliquée à l'écoulement plus complexe autour d'un modèle de véhicule simplifié, le corps d'Ahmed. Les résultats obtenus permettent une très bonne identification des structures tourbillonnaires présentes dans l'écoulement. Les quantités statistiques de la turbulence, en bon accord avec les résultats expérimentaux de référence, laissent espérer une utilisation plus régulière de cette méthodologie dans des configurations d'écoulements industriels.

SIMULATION DES GRANDES ECHELLES (SGE) D'ECOULEMENTS DE FLUIDES QUASI INCOMPRESSIBLES
SIMULATION DES GRANDES ECHELLES (SGE) D'ECOULEMENTS DE FLUIDES QUASI INCOMPRESSIBLES

Author: JEAN-CHRISTOPHE.. MAGNIENT

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Published: 2001

Total Pages: 198

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DANS LE CADRE DE LA SIMULATION DES GRANDES ECHELLES EN MECANIQUE DES FLUIDES, LE TRAVAIL REALISE AU COURS DE CETTE THESE A POUR OBJECTIF LA MISE AU POINT DE MODELES DE TURBULENCE ADAPTES AUX SITUATIONS COMPLEXES POUR LES NOMBRES DE REYNOLDS ELEVES, ET L'EXTENSION DES MODELES BASES SUR LE CONCEPT DE FILTRAGE SPATIAL. AFIN DE S'AFFRANCHIR DES CONTRAINTES A PARTIR DESQUELLES SONT DEVELOPPEES LES MODELES CLASSIQUES (HOMOGENEITE, ISOTROPIE ET EQUILIBRE LOCAL), UNE STRATEGIE CONSISTE A PRENDRE EN COMPTE PLUS DE PHENOMENES PHYSIQUES PAR L'ADDITION DE VARIABLES ET D'EQUATIONS D'EVOLUTION. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS ETUDIE LE CONCEPT DE FILTRE IMPLICITE DEVELOPPE PAR MASON ET SES COLLEGUES, A TRAVERS DES MODELES AYANT UNE LONGUEUR DE COUPURE SUPERIEURE AU PAS D'ESPACE. EN S'APPUYANT SUR L'ANALYSE THEORIQUE DU FILTRAGE SPATIAL, SUR L'ETUDE DES FILTRES PROPOSEE PAR MUSCHINSKY, ET SUR LES CALCULS DE TURBULENCE HOMOGENE ISOTROPE (THI), NOUS AVONS DETERMINE LE FILTRE ASSOCIE AUX MODELES DE SMAGORINSKY ET DE SCHUMANN. NOUS AVONS OBSERVE UN COMPORTEMENT ASYMPTOTIQUE ET L'INDEPENDANCE DES FILTRES AUX SCHEMAS NUMERIQUES LORSQUE LA LONGUEUR DE COUPURE AUGMENTE A MAILLAGE FIXE. DANS UN SECOND TEMPS, DEUX NOUVEAUX MODELES SOUS-MAILLES A DEUX EQUATIONS ONT ETE DEVELOPPES. LE PREMIER, ISSU DU MODELE DE SCHUMANN, EST A ECHELLES MULTIPLES. LE SECOND EST BASE SUR LES EQUATIONS DE L'ENERGIE CINETIQUE SOUS-MAILLE ET DU TAUX DE DISSIPATION. CES MODELES ONT ETE VALIDES PAR DES CALCULS DE THI ET DE COUCHE DE MELANGE TEMPORELLE 3D. ENFIN, SUR DES CALCULS DE COUCHE DE MELANGE, IL APPARAIT QUE LES CALCULS 2D SONT INCAPABLES DE RENDRE COMPTE CORRECTEMENT DES PHENOMENES PHYSIQUES (TOPOLOGIE ET STRUCTURES DE L'ECOULEMENT, EVOLUTION DES GRANDEURS MOYENNES, PROFILS STATISTIQUES). LES RESULTATS OBTENUS PERMETTENT D'ENVISAGER DE FUTURS DEVELOPPEMENTS : ETUDES DES FILTRES SUR DES MAILLAGES IRREGULIERS, EXTENSIONS DES NOUVEAUX MODELES AUX CAS ANISOTROPES ET AUX ECOULEMENTS AVEC PAROI.

MODELES SOUS-MAILLES ET SCHEMAS MULTI-NIVEAUX. APPLICATION A LA SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'ECOULEMENTS TURBULENTS
MODELES SOUS-MAILLES ET SCHEMAS MULTI-NIVEAUX. APPLICATION A LA SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'ECOULEMENTS TURBULENTS

Author: François Bouchon

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Published: 1999

Total Pages: 180

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CETTE THESE SE PROPOSE D'ETUDIER L'UTILISATION DE METHODES SPECTRALES MULTI-NIVEAUX DANS LE CADRE DE LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS TURBULENTS INCOMPRESSIBLES 3D. APRES AVOIR PRESENTE DES GENERALITES SUR LES METHODES SPECTRALES ET JUSTIFIE LEUR UTILISATION DANS LE CONTEXTE DE LA TURBULENCE, ON DECRIT LA PHYSIQUE DES ECOULEMENTS ETUDIES. LES ECOULEMENTS PERIODIQUES ET LE PROBLEME DE L'ECOULEMENT DANS UN CANAL SONT DETAILLES, AINSI QUE LES ENJEUX ET LES OBJECTIFS DES SIMULATIONS NUMERIQUES DIRECTES (DNS : DIRECT NUMERICAL SIMULATIONS) ET DES SIMULATIONS DES GRANDES ECHELLES (LES : LARGE EDDY SIMULATION). POUR CE DERNIER TYPE DE SIMULATION, ON EXPOSE QUELQUES MODELES DEVELOPPES CES DERNIERES ANNEES, DONT CERTAINS NOUS SERVIRONT DE TESTS DE REFERENCE PAR LA SUITE. NOUS PRESENTONS ENSUITE QUELQUES RESULTATS MATHEMATIQUES SUR LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES, CONCERNANT LE POINT DE VUE DES SYSTEMES DYNAMIQUES, QUI JUSTIFIENT L'EMPLOI DE METHODES MULTI-NIVEAUX. ENFIN, ON PROPOSE DEUX APPLICATIONS UTILISANT CES IDEES. LA PREMIERE EST UN MODELE DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES DANS LE CONTEXTE PERIODIQUE. ON PRESENTE LES DIFFERENTES ETAPES QUI NOUS ONT CONDUITS A L'ELABORATION DE CE MODELE, ET PRINCIPALEMENT L'ETUDE DE L'INTERACTION ENTRE LES DIFFERENTES ECHELLES EN TURBULENCE HOMOGENE. DES RESULTATS NUMERIQUES VALIDENT FINALEMENT CE MODELE ; TOUTES LES QUANTITES STATISTIQUES LIEES AUX GRANDES ECHELLES ETANT RETROUVEES AVEC UNE PRECISION AU MOINS EQUIVALENTE A CELLE OBTENUE AVEC LES MODELES DYNAMIQUES. CES RESULTATS NUMERIQUES CONCERNENT DIFFERENTS TYPES D'ECOULEMENTS PERIODIQUES : ECOULEMENTS PERIODIQUES FORCES, ECOULEMENTS D'EULER ET TURBULENCE DECROISSANTE. ENFIN, ON PROPOSE UNE DEUXIEME APPLICATION DES METHODES MULTI-NIVEAUX, DANS LE CONTEXTE NON-PERIODIQUE. DANS UN PREMIER TEMPS, ON PRESENTE LES RESULTATS NUMERIQUES OBTENUS DANS LE CADRE DE L'EQUATION DE BURGERS 1D, AVANT DE CONCLURE EN DETAILLANT L'IMPLEMENTATION DANS LA DIRECTION NORMALE AUX PAROIS DU CANAL 3D.

DEVELOPPEMENTS ET VALIDATION DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'ECOULEMENTS TURBULENTS DANS UN CODE INDUSTRIEL
DEVELOPPEMENTS ET VALIDATION DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'ECOULEMENTS TURBULENTS DANS UN CODE INDUSTRIEL

Author: CAROLINE.. ACKERMANN

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Published: 2000

Total Pages: 176

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LA SIMULATION DES GRANDES ECHELLES, RESOLVANT LES GRANDES ECHELLES DU MOUVEMENT ET MODELISANT LES ECHELLES INFERIEURES, EST ADAPTEE A L'ETUDE DES ECOULEMENTS TURBULENTS DANS DES DISPOSITIFS, OU LA GEOMETRIE ET/OU LES ECHANGES DE CHALEUR ENTRAINENT DES PHENOMENES INSTATIONNAIRES. POUR PARVENIR A UN OUTIL NUMERIQUE FIABLE, DES SIMULATIONS DE CAS TESTS ELEMENTAIRES, A SAVOIR LA TURBULENCE HOMOGENE ISOTROPE ET LE CANAL PLAN TURBULENT, ONT ETE REALISEES EN MAILLAGES STRUCTURES ET EN MAILLAGES NON STRUCTURES, AVANT D'ABORDER DES CONFIGURATIONS PLUS COMPLEXES, AFIN D'ETUDIER SEPAREMENT L'INFLUENCE DES DIFFERENTS PARAMETRES PHYSIQUES ET NUMERIQUES. EN MAILLAGES STRUCTURES, NOUS AVONS IDENTIFIE LES CARACTERISTIQUES DES METHODES NUMERIQUES ADAPTEES A NOTRE PROBLEME ; NOUS AVONS APPORTE UNE MODIFICATION AU MODELE SOUS-MAILLE ET TESTE DIFFERENTES LOIS DE PAROI : POUR CETTE DISCRETISATION, NOTRE OUTIL NUMERIQUE EST MAINTENANT VALIDE. EN MAILLAGES NON STRUCTURES, LA CONSTRUCTION DE METHODES NUMERIQUES AYANT LES PROPRIETES MISES EN VALEUR PAR LES TESTS EN MAILLAGES STRUCTURES EST PLUS DIFFICILE, EN PARTICULIER POUR LE SCHEMA DE CONVECTION : NOUS AVONS TESTE DE NOMBREUX SCHEMAS NUMERIQUES ET ADAPTE LES MODELES SOUS-MAILLE ET LES LOIS DE PAROI AUX MAILLAGES NON STRUCTURES. NOUS AVONS SIMULE LES MEMES CAS TESTS ELEMENTAIRES : LES RESULTATS NE SONT PAS TOUT A FAIT SATISFAISANTS, PROBABLEMENT CAR LES METHODES NUMERIQUES UTILISEES NE NOUS PERMETTENT PAS D'ISOLER PARFAITEMENT LES EFFETS DUS AUX SCHEMAS DE CONVECTION, A LA MODELISATION PHYSIQUE ET AU MAILLAGE CHOISIS. CE TRAVAIL CONSTITUE TOUT DE MEME LA PREMIERE ETAPE DU PROCESSUS DE DEVELOPPEMENT D'UN OUTIL DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES EN MAILLAGES NON STRUCTURES.

ETUDE NUMERIQUE PAR SIMULATION DES GRANDES ECHELLES DE LA TRANSITION A LA TURBULENCE DANS LES JETS
ETUDE NUMERIQUE PAR SIMULATION DES GRANDES ECHELLES DE LA TRANSITION A LA TURBULENCE DANS LES JETS

Author: GERALD.. URBIN

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Published: 1998

Total Pages: 174

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CETTE ETUDE DEMONTRE LES POTENTIALITES DE LA TECHNIQUE NUMERIQUE DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES POUR DECRIRE ET COMPRENDRE LA DYNAMIQUE D'ECOULEMENTS TURBULENTS EN GEOMETRIE COMPLEXE. ELLE S'INTERESSE PLUS PARTICULIEREMENT AUX ECOULEMENTS DE JET LIBRE, JET CONFINE ET JETS MULTIPLES DE GRILLE A HAUTE SOLIDITE. DES SIMULATIONS SPATIALES DE LA ZONE PROCHE D'UN JET LIBRE, ROND, A HAUT NOMBRE DE REYNOLDS, SONT EFFECTUEES. MALGRE UNE EVIDENTE SENSIBILITE AUX CONDITIONS AMONTS, DE BONS ACCORDS ENTRE NOS PREDICTIONS STATISTIQUES ET DIFFERENTES MESURES EXPERIMENTALES SONT OBTENUS. LES MULTIPLES STRUCTURES TOURBILLONNAIRES COHERENTES IMPLIQUEES DANS LA TRANSITION A LA TURBULENCE DU JET SONT RETROUVEES. ON OBSERVE, ALTERNATIVEMENT, DES TOURBILLONS DE FORME HELICOIDALE OU ANNULAIRE AXISYMETRIQUE. ON MET EGALEMENT EN EVIDENCE UN ARRANGEMENT TOURBILLONNAIRE ORIGINAL, QUI RESULTE DE L'INCLINAISON ALTERNEE ET DE L'APPARIEMENT LOCAL DE CES ANNEAUX. IL PEUT ETRE FORCE PAR UNE EXCITATION AD-HOC, CE QUI MODIFIE ALORS RADICALEMENT LE DEVELOPPEMENT DU JET. LORSQU'UNE EXCITATION AXISYMETRIQUE EST IMPOSEE, APRES QUE LES STRUCTURES ANNULAIRES SE SOIENT FORMEES, DES PAIRES DE TOURBILLONS LONGITUDINAUX CONTRA-ROTATIFS APPARAISSENT ET CREENT DES JETS LATERAUX. LEUR NATURE, ET LEUR PRESENCE DANS LE CAS D'UNE EXCITATION HELICOIDALE, SONT DISCUTEES. UNE METHODE EFFICACE POUR CONTROLER LEUR NOMBRE EST DEVELOPPEE. ON S'INTERESSE ENSUITE AU PHENOMENE PERIODIQUE TRES BASSE FREQUENCE DE RETARD-AVANCE DE TRANSITION A LA TURBULENCE QUI SE DEVELOPPE DANS LE JET CONFINE ET LES JETS MULTIPLES DE GRILLE (PHENOMENE GENERIQUE A DE NOMBREUX ECOULEMENTS). IL S'AVERE DEPENDRE, NON SEULEMENT DES CARACTERISTIQUES DES ZONES DE RECIRCULATIONS (PRE-TRANSITION) MAIS EGALEMENT DE L'ECOULEMENT PLUS EN AVAL (ZONE DE STAGNATION POST-TRANSITION, EFFET DE PRESSION). ON MET EN EVIDENCE, DES LA GRILLE, DES MOUVEMENTS TRANSVERSAUX ET A GRANDE ECHELLE, DE FLUIDE. UNE INTERPRETATION DU PHENOMENE EST PROPOSEE.

SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'ECOULEMENTS COMPRESSIBLES EN GEOMETRIE COMPLEXE
SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'ECOULEMENTS COMPRESSIBLES EN GEOMETRIE COMPLEXE

Author: Philippe Kessler

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Published: 1996

Total Pages: 110

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LA TRANSITION A LA TURBULENCE D'ECOULEMENTS EN GEOMETRIE COMPLEXE EST ETUDIEE PAR SIMULATION NUMERIQUE COMPRESSIBLE BIDIMENSIONNELLE ET TRIDIMENSIONNELLE. ON PRESENTE UNE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES D'UN JET ROND D'AIR, COMPAREE A UNE EXPERIENCE EN LABORATOIRE ET A UNE AUTRE SIMULATION NUMERIQUE INCOMPRESSIBLE. CETTE COMPARAISON NOUS A PERMIS DE VALIDER NOTRE OUTIL NUMERIQUE. NOUS MONTRONS UN BON ACCORD ENTRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET NOTRE SIMULATION NUMERIQUE EN ZONE TRANSITIONNELLE. ON APPLIQUE NOTRE OUTIL NUMERIQUE A UNE GEOMETRIE COMPLEXE ET INDUSTRIELLE: L'ENTREE D'AIR EN INCIDENCE. CETTE ETUDE EST EFFECTUEE AVEC UN CODE A GESTION MULTI-DOMAINE DES TRANSFERTS D'INFORMATIONS PAR METHODE AUX CARACTERISTIQUES. LES RESULTATS SONT COMPARES A CEUX D'UNE EXPERIENCE FAITE AU CEAT DE POITIERS. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LES TOURBILLONS DE KELVIN-HELMHOLTZ, AINSI QUE LES TOURBILLONS LONGITUDINAUX, RESPONSABLES DES FLUCTUATIONS DE PRESSION AU NIVEAU DU PREMIER ETAGE DU COMPRESSEUR. ENFIN, ON A REPRODUIT UNE EXPERIENCE MAGNETOHYDRODYNAMIQUE FAITE AU LABORATOIRE MADYLAM, EN GEOMETRIE BIDIMENSIONNELLE RONDE. L'INFLUENCE DU CHAMP MAGNETIQUE SUR UN ECOULEMENT DE MERCURE SOUMIS AUX FORCES DE LAPLACE CREE UN CISAILLEMENT AU NIVEAU DE L'ELECTRODE. ON PRESENTE UNE EVOLUTION TEMPORELLE DE LA VORTICITE ET DE LA PRESSION, AINSI QUE LES STATISTIQUES OBTENUES EN REGIME PERMANENT. NOUS MONTRONS DES RESULTATS QUALITATIFS SATISFAISANTS, MAIS PAR CONTRE SUR LES STATISTIQUES, NOUS SURESTIMONS LES VALEURS MOYENNES ET FLUCTUANTES. NOUS MONTRONS QUE LES CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT NE SONT PAS BIDIMENSIONNELLES, MAIS DOIVENT ETRE TRIDIMENSIONNELLES

Modélisation hybride et multi-échelle pour la simulation des écoulements et des transferts thermiques dans les micro-canaux
Modélisation hybride et multi-échelle pour la simulation des écoulements et des transferts thermiques dans les micro-canaux

Author: Van Huyen Vu

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Published: 2016

Total Pages: 0

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L'objectif de cette thèse est de mettre en œuvre une description multi-échelle adaptée aux écoulements de fluides dans des micro-/nano-conduites. Cette approche doit permettre de décrire, aussi bien les petites échelles relatives aux interactions du fluide avec les atomes du mur, que les grandes échelles de l'écoulement engendrées par les conditions aux limites d'entrée/sortie du canal. Pour cela, nous avons développé une méthode qui couple une modélisation continue des écoulements et des transferts de chaleur dans le cœur du canal avec une modélisation discrète proche des parois, basée sur une représentation atomistique du fluide et du mur.Les équations de Navier-Stokes et de l'énergie, couplées à une équation d'état, sont approximées par une méthode de volumes finis dans le cœur de l'écoulement alors que des simulations de dynamique moléculaire sont utilisées pour représenter finement les interactions entre le fluide et la paroi. Cette approche hybride nécessite la transmission d'informations entre les modélisations : les grandeurs moyennées moléculaires sont imposées comme conditions aux limites pour le modèle continu, et la dynamique sous contrainte, couplée à un thermostat de Langevin, est utilisée pour piloter l'échelle moléculaire. Une représentation par des plots moléculaires locaux de petite taille, intelligemment répartis le long de l'interface entre le fluide et le mur, permet de traiter des écoulements et des transferts dans des canaux de très grands allongements, pour des coûts de calcul raisonnables.Après une partie de validation, des simulations hybrides multi-échelles d'écoulements dans des canaux constitués de parois en platine ont été menées pour de l'argon en phase liquide (incompressible) ou gazeuse (compressible), en tenant compte éventuellement du changement de phase au voisinage de la paroi.